高清卡口方案通用版.docx

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高清卡口方案通用版

高清智能卡口管理系统

技术方案

动力盈科实业（深圳）有限公司

地址：

深圳市宝安区留仙二路鸿威工业园D栋4楼

1.概述

1.1.高清智能卡口管理系统概述

VT-ITS高清智能卡口管理系统是一种完全基于视频的高清智能化管理系统，系统采用国际领先的模式识别和计算机智能算法技术，不需要添加外部触发设备即可实现对视频图像中静止或行驶中的多个车辆进行检测、定位、跟踪和判断，实现对过往机动车辆和驾驶人员自动记录、自动识别其号牌、违章判断并保存车辆信息等工作。

该系统能够对城市道路或高速公路出入口、收费站等治安卡口及重点治安地段进行全天候实时监测与记录，为侦破交通肇事逃逸、机动车盗抢行为以及协助执法布控等提供有效手段。

本系统具有使用简单，安装方便，图像清晰，前排乘客清晰可见，识别率高，识别速度快，全网络化结构设计等优点。

本系统采用Linux操作系统，系统稳定性高，安全性高。

以往的治安卡口系统记录一辆机动车辆信息需要车牌部份图像和车辆的全景图像两张照片，分辨率最大为768×576（40万像素），而且记录的信息紧紧为车辆号牌与车身信息，但是对于驾驶人员的面部特征就无能为力了，无法满足公安机关的需求。

为此，本公司开发出采用工业级200万像素的高清网络摄像机作为视频采集设备，抓拍图片像素能够达到200万像素以上，一台工业高清摄像机可以覆盖多个车道（300w像素一般覆盖2-3车道，500w像素可覆盖3-4车道），实现全景视频和特写视频一体化。

该系统不但可以清楚记录车身、车牌等信息，还可以清晰的分辨前排司乘人员的面部特征，为公安部门维护社会治安、破获盗抢车辆提供了强有力的证据。

1.2.用户需求分析

项目需求

针对以上需求，关于本项目高清卡口的技术方案，简要说明如下：

在每个检测点上，在每方向每个车道安装一台高清摄像机、一组地感线圈及一台补光灯，摄像机抓拍的图像、视频数据及车辆检测器通过地感线圈检测的测速值，通过光端机上传至控制中心的工控机，从而完成对检测点的监测。

XXX高清智能卡口管理系统站点的分布及其前端主要设备的配置如下表所示。

表1.2-1XXX高清智能卡口安装地点及前端主要设备数量表

序号

监测点名称

安装地点

车道数量

高清摄像机数量

工控机数量

车辆检测器数量

检测摄像机数量

小计

备注：

以200万像素摄像机为例

1、高清摄像机数量=车道数量=车辆检测器数量。

2、工控机数量≥车道数量/6的整数，即一台工控机支持6台高清摄像机。

3、视频检测摄像机数量为，每个方向一个。

4、车辆检测器与检测摄像机分别针对地感线圈检测方式和视频检测方式。

非同时采用二选一。

1.3系统选型

根据用户要求，本项目采用动力盈科实业（深圳）有限公司生产的VT-ITS高清智能卡口管理系统，该系统根据公共安全行业标准《公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》（GA/497-2004）进行研制生产，并通过公安部交通安全产品质量检测中心的全项合格认证，所有技术指标均满足标准要求。

2.设计依据

《中华人民共和国道路交通安全法》

《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》

《公路交通安全设施设计技术规范》（JTJ074-2003）

《安防视频监测系统技术要求》GA/T367-2001

《中华人民共和国公共安全行业标准》GA38-92

《中国电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-90.92

《公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》GA/497-2004

《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94

《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50619

《机动车登记信息代码第四部分机动车辆类型代码》GA24.4

《中华人民共和国机动车号牌》GA36

《道路交通科技发展“九五”计划和2010年规划》

《电视接收机确保与电缆分配系统兼容的技术要求》GB12323-90

《有线电视系统工程技术规范》GB50200-94

《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94

《交通电视监视系统工程验收规范》GA/T514-2004

《无屏蔽双绞线系统现场测试传输性能规范》EIA/TIATSB67

3设计原则

3.1实用性原则

系统方案设计满足用户对治安卡口的系统要求和使用要求的情况下，充分考虑系统的实用性，使系统的功能尽可能地完善并充分加以利用。

3.2可靠性原则

系统设计、设备选型、安装调试等环节都将严格贯彻质量条例，完全满足系统设计要求，符合国家及行业的有关标准，确保系统能够长期稳定、可靠安全地运行。

3.3先进性原则

在系统设计和设备选型方面，在考虑系统的实用性前提下，尽量采用国际上先进的视频图像与数字通讯技术，确保系统在国内的领先地位。

3.4开放性原则

为了便于用户的使用，系统将公开各种通讯协议接口。

3.5经济性原则

在满足以上各个原则的基础之上，同时应考虑系统建设的经济成本，力争提高系统的性价比。

3.6可操作性原则

系统应操作简便、人机界面友好，易于维护。

3.7安全性原则

系统具有防计算机病毒的能力，有较强的抗干扰能力，同时还具备数据备份停电后自动恢复功能，系统还为用户提供用户等级及操作权限，减少人为因素对系统的不必要干扰。

4．设计方案

4.1系统组成

4.1.1系统拓扑结构

本系统从逻辑结构上分为路口前端采集、传输和中心管理三个部分，从设备结构上分为六个部分，即车辆检测单元、辅助照明单元、图像采集及控制单元、传输单元及车牌识别单元、中心管理单元，如图所示：

高清智能卡口管理系统拓扑结构图

4.1.2车辆检测单元

本系统支持两种车辆检测方式：

a、地感线圈检测方式；b、视频检测方式。

地感线圈检测方式：

即在每个车道上安装2个有一定间距的地感线圈，地感线圈与车辆检测器相连，当有车辆通过地感线圈时会产生一个信号给车辆检测器，通过测量车辆通过两个线圈的时间差来获得车辆的速度。

视频检测方式：

视频检测又称为移动侦测，它的原理是对编码后产生的N帧进行分析，通过对这N帧像素点的变化来检测图像变化从而达到侦测物体移动与否的判断。

4.1.3辅助照明单元

为了使高清摄像机在夜间具有良好的拍照效果，监测点在夜间光照度应不低于100lux，故在夜间光线不足时，需采取补光措施，高清摄像机常用的补光设备是闪光灯，一般情况下每台高清摄像机配置1台闪光灯，即每个车道一个闪光灯。

4.1.4图像采集及控制单元

本系统采用的高清网络摄像机的最大分辨率为1628×1236，有效像素高达200万像素，在满足人眼能看清车牌所要求的车牌像素点大小（车牌像素大小不低于200个像素点），以及满足车牌自动识别软件所要求的车牌像素点大小（要求车牌像素点范围在200个像素点左右）时，高清摄像机在道路上的有效拍摄宽度达4m～5m，而标准每条车道宽度为3.75m，所以本系统在每条车道配置一台高清写摄像机，能保证车牌识别效果，同时能看清前排乘客、车辆的车型、颜色、轮廓、装载信息以及道路情况，另外对于压实线行驶违章车辆能有效抓拍，实现全路面覆盖监测；根据道路实际情况，每一个监测点的配置因车道数的不同而存在差异。

为保证高清摄像机在室外全天候正常工作，所有高清摄像机均安装于室外防护罩内。

控制单元是前端采集部分的中心，它来控制完成前端整个抓拍过程。

4.1.5传输单元

传传输单元主要包括远程网络通信软件、传输设备、传输线路，采用光纤收发器传输图像信号及相关信号。

4.4.6中心管理单元

本系统中心管理单元主要包括数据库服务器（ORACLE9I）、管理服务器、工控机、核心网络交换机、以及查询工作站。

数据中心软件由识别软件、摄像机控制软件、数据库管理软件、数据管理软件等组成。

各个用户终端分别具有相应的权限，均为公安网内的内部用户，实行分级管理，整个系统采用C/S和B/S结构；用户通过工作站来完成查询、布控、报警功能。

4.2系统工作原理

4.2.1系统工作过程概述

当系统检测到有车辆通过时，前端控制单元给指令给高清数字摄像机进行车辆图像抓拍，同时给指令给闪光灯进行补光。

高清网络摄像机所摄图像在CCD传感器环节完成模拟图像信号的模数转换，并通过传输线路把全部信息传送到工控机，经车牌识别模块完成车牌号码和车牌颜色识别，控制软件记录车辆通过监测点的时间、地点、车辆行驶速度、行驶方向、车身长度以及车辆图像、装载信息等，当测得的车速超过系统设定的限速值时，立即现场报警（也可远程报警），通知值班人员加以注意，以上车牌号码、车辆图像、通行时间、地点、测速值等图像、数据信息经处理存入本地数据库，并与数据库中布控稽查的黑名单车辆进行比对，如发现嫌疑车辆，立即发出声光报警（也可远程报警），通知值班人员予以关注，本系统前端工作流程如图4.2-1所示。

车辆驶入

图4.2-1前端系统工作流程图

再通过光纤网络将以上图像、数据信息传输至控制中心工控机，经过工控机处理后再将相关信息给服务器做集中存储和管理。

控制中心后台系统软件可接受前端的报警信息，并转发值班工作站，发布黑名单等，后台系统软件对上传的图像、数据信息进行处理，可进行查

询（布控查询、违法查询、过往查询）、统计（车流量统计、违法统计、车辆统计）等，当需

布控车辆时，可录入布控信息，同时传至系统前端，本系统监测中心工作流程如图4.2-2所示。

图4.2-2控制中心框架图

4.2.2检测原理

线圈检测：

当车辆（金属物体）经过埋设在路面的地感线圈时，将导致地感线圈的的电感值变化，电感值的变化，使得车辆检测器的LC振荡电路的振荡频率变化。

通过公式

，可以看出，在车辆检测器中，

值是一定的，来自线圈的

值是随着有车辆（金属物体）经过而变化的，则

值变化，因此有

，式中

为无车辆（金属物体）经过时线圈的电感量，

为有车辆（金属物体）经过时线圈的电感量，车检器通过精确检测

振荡电路的频率变化可以准确判断是否有车辆经过。

地感线圈检测具有检测稳定可靠、检测速度准确，本系统采用的车辆检测器可以在1ms内检测到线圈中任一线圈发生的0.01%的电感量变化，从而可以检测到车速200公里/小时以上的车辆，并且可以准确的检测到经过线圈的摩托车、轿车、卡车、工程车等各种车辆。

地感线圈检测技术的优势：

1）运行稳定不易受外界干扰，基本无漏拍；

2）反应迅速，精度高；

3）检测准确，误差小。

视频检测：

视频检测有叫视频移动检测，它是对编码后产生的N帧进行分析，通过对这N帧像素点的变化来检测图像变化从而达到侦测物体移动与否的判断。

具体原理是：

视频流由3类编码帧组成，分别是：

关键帧（I帧）、预测帧（P帧）、内插双向帧（B帧）。

通过对每个画面分别截取连续的I帧，经过解码运算，以帧为单位连续存放在设备本身的内存缓冲区中，再利用编码器硬件内建的移动侦测功能在缓冲区中将连续的两帧转化为位图，按像素点对画面进行逐一比较。

视频检测的优势：

1）监测区域可人为设定，非固定。

2）能够同时监测多种违章行为。

3）不需要路面施工，对道路没有破坏

4.2.3线圈测速原理

在高清智能卡口管理系统中，于每条需要监测的车道上沿行车方向埋设的两个线圈的间距是固定的，对于经过的车辆，可以取得四个时刻，分别是车辆进入两个线圈和离开两个线圈的时刻。

计算车辆通过两线圈所需的时间，配合两线圈的间距，即可求得平均车速，如图4.2-3所示。

4.2-3高清卡口测速示意图

令

为车辆检测器探测到移动物体进入线圈A的时刻，

为车辆检测器探测到移动物体进入线圈B的时刻；线圈的间距为w，车辆进入线圈A和线圈B的时间差为

，设车速为v，则由此计算得出的车速v为：

v=w/（T2－T1）

另外本车辆检测器在实际测速时，还将考虑以下测速误差因素对测速值进行修正。

第一种误差因素：

线圈检测周期。

不同车速，在一个检测周期内位移不同，使得不同车速下，“线圈距离”实际值是不等的。

车辆检测器的检测周期为1ms，以100公里/小时为例，计算理论最大误差为：

第二种误差因素：

车辆在经过两条线圈时，感应到的部位的范围不同，这将产生一个难以估计大小的误差，产生上述误差的原因一是车辆底盘较高，检测难度大，如卡车；二是变速行驶；三是跨道行驶；本系统的解决方法是，每次测出车前轴和车后轴两个速度，将两个速度进行误差比较，保留误差合格的速度

根据以上算法计算出来的车辆速度，与系统设置的限速值相比较，再考虑误差范围的存在，即可辨别车辆是否存在超速行驶的行为,另外通过车辆触发线圈的顺序可以判断车辆行驶的方向从而判断车辆是否逆向行驶，通过计算出来的速度乘以车辆车头、车尾离开线圈B的时间差，所计算出来的结果即为车身长度。

4.2.4车牌识别原理

本系统采用高度模块化的设计，将车牌识别过程的各个环节各自作为一个独立的模块，系统的框架如图4.2-4所示：

图4.2-4车牌识别系统框架图

高清智能卡口管理系统采用国际领先的计算机智能算法技术，首先通过视频输入管理模块得到需要的最佳质量的视频图像，对获取的每一帧图像，利用最新的高效视频检测技术对行驶中的车辆的车牌进行定位和跟踪，从中自动提取车牌图像，然后经过车牌精定位、切分和识别模块准确地自动分割和识别字符，得到车牌的全部字符信息以及颜色和类别信息。

另外通过车辆检测模块，可以鉴别出无牌车辆并输出结果。

通过查询违法数据库得到车辆的违法信息，显示违法车辆的相关信息，同时现场报警。

通过查询征稽数据库得到车辆的征稽信息，显示欠费车辆的相关信息，同时现场报警。

另外，系统还采用独特的在线学习新技术，对各识别模块进行动态的调整，使得车牌识别系统能够自动适应各种应用环境变化，从而大幅提高识别系统的应用性。

Ø车辆检测跟踪模块

车辆检测跟踪模块通过对视频进行分析，判断其中车辆的位置，来对图像中的物体进行跟踪，并在物体位置最佳的时刻，记录该物体的特写图片，由于加入了跟踪模块，本系统能够很好的克服各种外界的干扰，得到更加合理的识别结果，可以检测无牌车辆并输出结果。

Ø车牌定位模块

车牌定位模块是一个十分重要的环节，是后续环节的基础，其准确性对整体系统性能的影响巨大。

本系统完全摒弃了以往的算法思路，实现了一种完全基于学习的多种特征融合的车牌定位新算法，适用于各种复杂的背景环境和不同的摄像角度。

由于该算法是一种完全基于学习的算法，只要有足够的学习样本，可以快速训练出针对不同车牌类型的新的检测模型。

Ø车牌矫正及精定位模块

受拍摄条件的限制，图像中的车牌总不可避免的存在一定的倾斜，需要一个矫正和精定位环节来进一步提高车牌图像的质量，为切分和识别模块做准备。

本系统使用独创的精心设计的快速图像处理滤波器，该算法不仅计算快速，而且利用的是车牌的整体信息，避免了局部噪声带来的影响。

使用该算法的另一个优点就是通过对多个中间结果的分析还可以对车牌进行精定位，进一步减小非车牌区域的影响。

Ø车牌切分模块

车牌切分模块利用了车牌文字的灰度、颜色、边缘分布等各种特征，能较好地抑制车牌周围其他噪声的影响，并能容忍一定倾斜角度的车牌。

这一算法有利于类似移动式稽查这种车牌图像噪声较大的应用。

Ø车牌识别模块

在车牌识别模块中，本系统采用了多种识别模型相结合的方法，构建了一种层次化的字符识别流程，有效地提高了字符识别的正确率。

另一方面，本系统在字符识别之前，使用计算机智能算法对字符图像进行了前期处理，不仅尽可能保留了图像信息，而且提高了图像质量，提高了相似字符的可区分性，保证了字符识别的可靠性。

Ø车牌识别结果决策模块

本系统与其他车牌识别系统的一大不同之处在于，本系统可以对每帧视频图像进行实时识别，因此在一辆车通过视野的过程中，本系统将得到若干相同或不同的识别结果。

这就需要一个识别结果的决策模块，具体地说，决策模块利用一个车牌经过视野的过程中留下的历史记录（包括识别结果、识别可信度、轨迹记录、相似度记录等），对识别结果进行智能化的决策，通过计算观测帧数、识别结果稳定性、轨迹稳定性、速度稳定性、平均可信度和相似度等度量值得到该车牌的综合可信度评价，从而决定是继续跟踪该车牌，还是输出识别结果，或是拒绝该结果。

一个车牌的最终识别结果是通过分析所有帧的识别结果，对它们进行智能化的归类和投票，并结合一定的文法信息综合而成。

这种方法综合利用了所有帧的信息，减少了以往基于单幅图像的识别算法所带来的偶然性错误，大大提高了系统的识别率和识别结果的正确性和鲁棒性。

Ø车牌跟踪模块

车牌跟踪模块记录下车辆行驶过程中每一帧中该车车牌的位置以及外观、识别结果、可信度等各种历史信息。

由于车牌跟踪模块采用了具有一定容错能力的运动模型和更新模型，使得那些被短时间遮挡或瞬间模糊的车牌仍能被正确地跟踪和预测，最终只输出一个识别结果。

Ø在线学习模块

在以上各个模块中，使用了大量基于学习的算法，本系统特别添加了在线学习模块，该模块采用最新的反馈型学习模型，利用决策模块和跟踪模块得到的车牌质量、车辆轨迹、速度等反馈信息，智能化地更新一些算法参数，使得系统能快速适应新的应用环境。

该算法作为已有算法的一个有力补充，进一步提高了系统性能。

4.2.5.假牌车分析原理

在智能高清卡口系统中，当新识别出来通过某路面的机动车车牌号与车管所数据对比分析时，发现车管所数据库中不存在该号牌，则系统判定该车辆为假牌嫌疑车辆，自动发出声光报警，提示值班人员予以关注。

经值班人员核对相关信息，确定无误后可将该车列入假牌车黑名单库中，并提示前方值勤人员予以拦截。

4.2.6.套牌车分析原理

套牌车的判定依据是：

同一车牌在不合理时间段内理论上不可能出现在不同路面。

当系统发现途经监测点的机动车辆可能为套牌嫌疑车时，自动发出声光报警，提示值班人员予以关注。

经值班人员核对相关信息，确定无误后可将该车列入套牌车黑名单库中，并提示前方值勤人员予以拦截。

4.2.7车流量统计原理

在智能高清卡口系统中，凡通过监测点的车辆，车辆检测器都能实时检测，并把检测数据发送给工控机，系统软件统计在一定时间段内通过每条车道（线圈）车辆的数量便可得出车流量统计数据。

4.3系统主要功能与特点

4.3.1系统功能

车辆图像自动记录：

本系统能够对通过卡口监测点的所有车辆进行图像记录，图片中包括前排乘客的面部信息、车辆通过的时间、地点、车速、方向、车牌号、车道等信息。

在监测区域内，当车速范围在5Km/h～180Km/h时，车辆捕获率大于99%；

机动车辆信息记录功能。

系统能够对通过机动车辆的信息进行实时记录，包括时间、地点、速度、行驶状态、号牌、前排乘客、车身、车型等重要信息。

车牌自动识别功能。

系统能够实时自动识别通过机动车辆的号牌，识别准确率高，识别速度快。

白天识别率不低于97%，夜间不低于92%。

抓拍驾驶员及前排乘客功能。

系统能够抓拍到驾驶员和前排乘客，人员面部清晰可辨。

车辆违章行为判断功能。

系统能够准确判断超速、逆行、压黄线等多种违章行为。

测速功能。

系统能够检测通过机动车辆的速度，0～120Km/h时误差不超过2%，120～200Km/h时误差不超过5%。

系统同时兼容地感线圈测速、视频测速、雷达测速、激光测速等测速方法。

逆行抓拍：

系统能对逆向行驶的车辆进行抓拍。

车流量检测功能。

系统能够自动统计通过车辆数，并能根据时间、地点等不同条件生成不同的统计表单。

联网布控功能（黑名单功能）。

系统能够通过B/S模式利用服务器同时向网内的各个检测点发布布控信息，亦能够实现对已布控内容撤控。

同时系统数据库也可与公安部门各种数据库相连接，如机动车盗抢数据库，实现各种信息共享。

报警功能。

当系统检测到布控名单中的车辆或违章车辆时会自动发出报警信号到指定的计算机通知相关工作人员。

集中存储功能。

系统会将所有数据集中存储到一台服务器上，方便查询和集中管理。

图片数据存储时间不小于一年，数据库存储数据时间不小于三年。

查询功能。

系统支持通过车辆查询、违章车辆查询、布控车辆查询等查询功能，同时支持精确查询和模糊查询，并能够根据需要生成各种表单。

用户可根据实际情况设置不同的查询条件。

统计功能。

系统能够根据不同的条件对各种数据进行统计，如车流量、违章统计等。

自检功能。

系统能够自动检测系统故障并重新启动系统，将故障信息发到相应的管理平台。

日志功能。

系统能够对故障信息、用户登录、用户系统操作、用户查询等操作自动记录，并保存相关资料，供管理员查询、管理。

远程维护功能。

系统能够通过网络对主要设备进行远程维护。

权限管理功能。

系统管理员能够为不同的人员分配相应的权限。

大屏幕警示功能：

为对违章车辆告知，并警示更多的车辆，系统通过扩展可将违章车辆及相关的违章信息通过网络传送到设在固定地点的交通诱导屏上，以达到告知和警示的作用。

4.3.2系统特点

全数字化结构设计

系统采用全数字化结构设计，在实施上更为简单，且能够很好的并入其他系统。

传输数据加密

为保证数据在传输工程中的安全性，除封闭的网络结构设计，系统还对所传输的数据进行加密，最大限度的保证数据的安全性。

采用Linux操作系统

系统采用由国人自主开发的中标普华Linux操作系统保证系统的安全和稳定。

满足政府等敏感单位对操作系统的特殊需求。

标准化设计

系统所有的数据格式及接口均按照国家规定设计，开放的设计与其他应用系统能够更好的兼容。

良好的兼容性

车牌识别率高

白天车牌的识别率不低于97%,夜间识别率不低于92%。

驾驶员及前排乘客清晰可见

系统所抓拍的图片能够清晰的看到驾驶员和前排乘客，面部清晰可辨。

支持多种检测方式

系统同时支持视频检测和地感线圈检测方式，满足不同路面的各种需求。

多种违章行为判断

系统能够自动判断超速、逆行、压黄线等多种违章行为，功能多样化，满足不同用户的需求。

4.4系统性能参数

1）测速范围：

5～200km/h

2）地感线圈灵敏度：

4级可调

3）图像捕获率：

≥99%

4）测速精度：

当车速小于120km/h时，误差≤2%，当200km/h≥车速≥120km/h时，误差≤5%；

5）号牌识别率：

白天不小于97%，夜间不小于93%

6）号牌识别准确率：

白天不小于95%，夜间不小于90%

7）高清摄像机有效像素:

1628×1236，最低照度:

0.1Lux

8）图片格式：

JPEG图像文件

9）图像分辨率：

不低于200万像素

10）车辆图片存储容量：

≥100万辆

11）工控计算机配置：

P4-3.0G/1G/320G硬盘

12）绝缘电阻：

＞10MΩ

13）接地电阻：

＜4Ω

14）电压范围：

176VAC～264VAC

15）环境温度：

-20℃～70℃

16）环境湿度：

20%～95%

17）平均无故障工作时间：

≥3000小时

4.5系统设计要点

4.5.1设备配置

前端配置

A.高清彩色摄像机及镜头

高清摄像机采用本公司自主研发的VT-H6200高清网络摄像机，分辨率为1628×1236，有效像素高达200万像素，最低照度0.1LUX，提供千兆的网络输出端口。

镜头采用日本computar的百万像素级M3514-MP镜头，便于安装调试时获得最佳的取景范围。

B.辅助照明设备

采用闪光灯在夜间对被监测车道路面进行补光，每个高清摄像机配置一台，系统抓拍的图片与白天比较接近。

C.车辆检测器

采用高灵敏度